Por primera vez, los investigadores han medido la fidelidad, es decir, la precisión de las operaciones lógicas de dos qubits en silicio, con resultados muy prometedores que permitirán escalar a un procesador cuántico a gran escala.
La investigación, realizada por el equipo del profesor Andrew Dzurak en Ingeniería de la UNSW, se publicó hoy en la revista Naturaleza .
Los experimentos fueron realizados por Wister Huang, un estudiante de doctorado de último año en Ingeniería Eléctrica, y el Dr. Henry Yang, investigador principal de la UNSW.
"Todos los cálculos cuánticos pueden estar compuestos por operaciones de un qubit y operaciones de dos qubits: son los bloques de construcción centrales de la computación cuántica", dice el profesor Dzurak.
"Una vez que los tenga, puede realizar cualquier cálculo que desee, pero la precisión de ambas operaciones debe ser muy alta"
En 2015, el equipo de Dzurak fue el primero en construir una puerta de lógica cuántica en silicio, haciendo posibles los cálculos entre dos qubits de información, y por lo tanto despejando un obstáculo crucial para hacer realidad las computadoras cuánticas de silicio.
Desde entonces, varios grupos en todo el mundo han demostrado puertas de dos qubits en silicio, pero hasta este documento histórico de hoy, se desconocía la verdadera precisión de una puerta de dos qubits de este tipo.
precisión crucial para el éxito cuántico
"La fidelidad es un parámetro crítico que determina cuán viable es una tecnología qubit: solo puede aprovechar el tremendo poder de la computación cuántica si las operaciones qubit son casi perfectas, con solo pequeños errores permitidos", dice el Dr. Yang.
En este estudio, el equipo implementó y realizó una evaluación comparativa de fidelidad basada en Clifford, una técnica que puede evaluar la precisión de qubit en todas las plataformas tecnológicas, demostrando una fidelidad promedio de puerta de dos qubit del 98%.
"Logramos una fidelidad tan alta al caracterizar y mitigar las fuentes de error primarias, mejorando así las fidelidades de la puerta hasta el punto en que las secuencias de evaluación comparativa aleatorias de longitud significativa - más de 50 operaciones de puerta - podrían realizarse en nuestro dispositivo de dos qubits,"dice el Sr. Huang, el autor principal del artículo.
Las computadoras Quantum tendrán una amplia gama de aplicaciones importantes en el futuro gracias a su capacidad para realizar cálculos mucho más complejos a velocidades mucho mayores, incluida la resolución de problemas que simplemente están más allá de la capacidad de las computadoras actuales.
"Pero para la mayoría de esas aplicaciones importantes, se necesitarán millones de qubits, y tendrá que corregir los errores cuánticos, incluso cuando son pequeños", dice el profesor Dzurak.
"Para que la corrección de errores sea posible, los qubits deben ser muy precisos en primer lugar, por lo que es crucial evaluar su fidelidad".
"Cuanto más precisos sean tus qubits, menos necesitarás, y por lo tanto, antes podremos acelerar la ingeniería y la fabricación para crear una computadora cuántica a gran escala".
Silicio confirmado como el camino a seguir
Los investigadores dicen que el estudio es una prueba más de que el silicio como plataforma tecnológica es ideal para escalar a la gran cantidad de qubits necesarios para la computación cuántica universal. Dado que el silicio ha estado en el corazón de la industria informática mundial durante casi 60 años, sus propiedades ya se conocen bien y las instalaciones de producción de chips de silicio existentes pueden adaptarse fácilmente a la tecnología.
"Si nuestro valor de fidelidad hubiera sido demasiado bajo, habría significado serios problemas para el futuro de la computación cuántica de silicio. El hecho de que esté cerca del 99% lo coloca en el estadio que necesitamos, y hay excelentes perspectivas para una mejora adicional"Nuestros resultados muestran de inmediato, como predijimos, que el silicio es una plataforma viable para la computación cuántica a gran escala", dice el profesor Dzurak.
"Creemos que lograremos fidelidades significativamente más altas en el futuro cercano, abriendo el camino a la computación cuántica a gran escala y tolerante a fallas. Ahora estamos al borde de una precisión de dos qubits que es lo suficientemente alta para Quantumerror de corrección."
En otro artículo, publicado recientemente en Electrónica de la naturaleza y presentado en su portada, en la que el Dr. Yang es autor principal, el mismo equipo también logró el récord de la puerta de 1 qubit más precisa del mundo en un punto cuántico de silicio, con una notable fidelidad del 99,96%.
"Además de las ventajas naturales de los qubits de silicio, una razón clave por la que hemos podido lograr resultados tan impresionantes es por el fantástico equipo que tenemos aquí en UNSW. Mi estudiante Wister y el Dr. Yang son increíblemente talentosos. Ellos concibieron personalmentelos protocolos complejos necesarios para este experimento de evaluación comparativa ", dice el profesor Dzurak.
Otros autores en la actualidad Naturaleza el trabajo son los investigadores de UNSW Tuomo Tanttu, Ross Leon, Fay Hudson, Andrea Morello y Arne Laucht, así como los ex miembros del equipo Dzurak Kok Wai Chan, Bas Hensen, Michael Fogarty y Jason Hwang, mientras que el profesor Kohei Itoh de la Universidad Keio de Japón proporcionóobleas de silicio enriquecidas isotópicamente para el proyecto.
El decano de ingeniería de UNSW, el profesor Mark Hoffman, dice que el avance es otra prueba más de que este equipo líder mundial está en el proceso de llevar la computación cuántica a través del umbral de lo teórico a lo real.
"La computación cuántica es la carrera espacial de este siglo, y Sydney lidera la carga", dice el profesor Hoffman.
"Este hito es otro paso hacia la realización de una computadora cuántica a gran escala, y refuerza el hecho de que el silicio es un enfoque extremadamente atractivo que creemos que conseguirá UNSW allí primero"
Qubits de giro basados en la tecnología CMOS de silicio, el método específico desarrollado por el grupo del profesor Dzurak, son muy prometedores para la computación cuántica debido a sus largos tiempos de coherencia y al potencial de aprovechar la tecnología de circuito integrado existente para fabricar la gran cantidad de qubits necesariospara aplicaciones prácticas
El profesor Dzurak lidera un proyecto para avanzar en la tecnología de qubit de silos CMOS con Silicon Quantum Computing, la primera compañía de computación cuántica de Australia.
"Nuestro último resultado nos acerca a comercializar esta tecnología: mi grupo se trata de construir un chip cuántico que pueda usarse para aplicaciones del mundo real", dice el profesor Dzurak.
Un procesador cuántico a gran escala tendría importantes aplicaciones en los sectores de finanzas, seguridad y atención médica; ayudaría a identificar y desarrollar nuevos medicamentos al acelerar en gran medida el diseño asistido por computadora de compuestos farmacéuticos, podría contribuir al desarrollo de nuevos y más ligerosy materiales más sólidos que abarcan desde la electrónica de consumo hasta los aviones, y una búsqueda más rápida de información a través de grandes bases de datos
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nueva Gales del Sur . Original escrito por Isabelle Dubach. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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